CN214075611U - 一种气体过滤器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种气体过滤器，包括边框和至少一个过滤层，其中过滤层包含至少一个含有吸附材料的吸附层，以及至少一个蜂窝体层，所述蜂窝体层具有多个通孔，并且在蜂窝体的壁上负载有功能性的涂层。通过含有吸附材料的吸附层与负载有功能性涂层的蜂窝体层的结合，实现了良好的气体过滤效果。该吸附层和蜂窝体层叠加形成一体化结构，有效支撑了吸附层。蜂窝体层带有通孔，其上负载的功能性涂层可实现对于污染气体如甲醛等的有效催化转化。这一结构显著降低了过滤器整体的压力降，能够在保证过滤效果的基础上，明显减小通过过滤器的气流的阻力。

Description

一种气体过滤器

技术领域

本实用新型涉及气体过滤器，尤其是一种新的包含吸附层和蜂窝体层的结合的气体过滤器。

背景技术

随着大气污染及其他场合中气体污染越来越受到重视，气体过滤器也得到了越来越广泛的应用。普遍使用的气体过滤器主要包括高效空气过滤器(High EfficientParticulate Airfilter)，简称为HEPA过滤器，主要用于从空气中去除细颗粒物。空气中的细颗粒物根据其直径进行划分，其中直径在0.1-0.3μm的细颗粒物被称作最具有穿透性的颗粒物。根据美国能源部制定的标准，HEPA过滤器对于直径约为0.3μm的最具有穿透性的颗粒物的截留率应达到99.97％以上。目前的HEPA过滤器普遍使用玻璃纤维或者聚合物，例如聚四氟乙烯(PTFE)、聚丙烯(PP)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)，或PP与PET的复合物来制造。

通常，HEPA过滤器所使用的过滤网是由过滤材料制成的多层无纺布组成。另外，为改善过滤效果，在无纺布层以外还可以设置至少一层填充了大颗粒吸附剂的功能层。这种复合结构会产生较大的压力降，并因此产生较大的最小气流阻力。如果最小气流阻力较大，则气流速度减慢，从而导致气体过滤通量变低。

实用新型内容

本实用新型提供了一种新的气体过滤器，其通过结构改进，有效避免了现有技术存在的问题。

本实用新型的气体过滤器包括边框和至少一个过滤层，其特征在于，所述过滤层包括

-至少一个含有吸附材料的吸附层，以及

-至少一个蜂窝体层，所述蜂窝体层具有多个通孔，并且在通孔的孔壁上负载有功能性的涂层。

在一个实施方案中，所述吸附层为带有吸附材料的无纺布过滤网，或者无吸附材料的无纺布过滤网与带有吸附材料的聚合物层的组合。含有吸附材料的吸附层的总厚度可为5-100mm。所述吸附材料包括活性炭、分子筛、有机吸附剂、气溶胶、金属氧化物、黏土或金属-有机骨架。

所述蜂窝体可以由任何合适的材料制成，包括但不限于金属(如钢、铝、银、铜，以及其合金)、陶瓷、聚合物以及纸。在一个实施方案中，所述蜂窝体是由铝制成的。

在一个实施方案中，所述蜂窝体为方形，其通孔为六边形、方形、三角形或者圆形。蜂窝体的厚度可为3-30mm。本实用新型的气体过滤器可包括多个叠加的蜂窝体。蜂窝体的通孔的平均直径可为0.5-10mm。

在一个实施方案中，所述功能性的涂层为催化醛类转化的催化剂层，和/或催化臭氧转化的催化剂层。

在另一个实施方案中，所述吸附层和蜂窝体层叠加形成一体化结构。

本实用新型的气体过滤器通过含有吸附材料的吸附层与负载有功能性涂层的蜂窝体层的结合，实现了良好的气体过滤效果。该吸附层和蜂窝体层叠加形成一体化结构，有效支撑了吸附层。蜂窝体层带有通孔，其上负载的功能性涂层可实现对于污染气体如甲醛等的有效催化转化。这一结构显著降低了过滤器整体的压力降，能够在保证过滤效果的基础上，明显减小通过过滤器的气流的阻力。

附图说明

为了更清楚说明本实用新型的实施例或现有技术的实施方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要的附图作简单介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅是本实用新型的一些实施方案，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型的气体过滤器的示意图，(a)为顶视图；(b)为剖面图，其包含边框1和至少一个具有至少两个功能层的过滤层2。

图2为过滤层2的结构示意图，包含至少一个吸附层3和至少一个蜂窝体层4。

具体实施方式

下文将结合本实用新型的附图，对本实用新型中的实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型的气体过滤器通过含有吸附材料的吸附层与负载有功能性涂层的蜂窝体层的结合，在保证过滤效果的基础上，得到明显降低的压力降以及气流阻力。

本实用新型的吸附层可以是含有吸附材料的单层或者多层叠加在一起的复合层。含有吸附材料的层可折叠成V型或波浪状，以增加吸附面积。含有吸附材料的吸附层的厚度约为5-100mm，优选10-50mm。所述吸附层的厚度指的是气体过滤器中含有吸附材料的层的总厚度，而非单层吸附材料的厚度。如果含有吸附材料的层呈折叠状态，则该厚度为折叠后的总厚度。典型的吸附层为带有吸附材料的无纺布过滤网。无纺布过滤网可由选自以下的材料制成：玻璃纤维、PP、PET、PP与PET复合物、PTFE及其组合。

吸附层还可以是无吸附材料的无纺布过滤网与带有吸附材料的聚合物层的组合。其规格与带有吸附材料的无纺布过滤网类似。所述聚合物可以是PET或者PP，或其他合适的聚合物材料。吸附层中的吸附材料包括活性炭、分子筛、有机吸附剂、气溶胶、金属氧化物、黏土或金属-有机骨架(MOF)。吸附材料的填充量为50-500g/m²，优选80-300g/m²。

在一个实施方案中，吸附层与蜂窝体层叠加形成一体化结构。蜂窝体可以由任何合适的材料制成，包括但不限于金属(如钢、铝、银、铜，以及其合金)、陶瓷、聚合物以及纸，或者这些材料的复合物。在一个实施方案中，所述蜂窝体是由铝制成的。本实用新型的气体过滤器可包含多个叠加的蜂窝体，例如2-5个、2-3个或2个。蜂窝体的厚度为3-30mm，优选5-15mm。所述蜂窝体具有多个通孔。通孔可具有任何合适的形状，例如六边形、菱形、圆形、方形，或者不同形状的组合。通孔的孔壁的厚度可为1-10mm，例如2-5mm。蜂窝体的孔隙率可为40-98％，优选60-95％，更优选70-90％。在蜂窝体的通孔孔壁上负载有功能性的涂层。所述功能性的涂层可以为催化剂层，例如催化醛类转化的催化剂层，和/或催化臭氧转化的催化剂层。这种催化剂例如可从BASF公司以Formaldpure^TM商标获得。功能性的涂层还可包含其他物质，例如杀菌剂、除味剂、表面活性剂等。所述涂层可通过涂覆等方法施用于蜂窝体的孔壁中。功能性涂层的厚度可为1-100μm，优选5-50μm。所述涂层可由功能性物质的粉状颗粒进行涂覆，颗粒的平均粒径约为1-100μm。相比于大的颗粒物，粉状颗粒的平均负载量更大，表面积增大，催化效果增强。

蜂窝体整体可具有任何合适的形状，如方形、圆形、六边形等。在一个实施方案中，蜂窝体为方形。其尺寸可在宽范围内变化，例如边长为30cm的正方形。蜂窝体可与吸附层叠加，形成一体化的结构。可通过胶粘剂将吸附层与蜂窝体层进行粘合，也可额外施加密封胶以保证边缘的气密性。

本实用新型的气体过滤器还包含边框。其可由金属或合金如铝、塑料、木材、纸板或者可再生生物材料制成。所述边框在侧面包围过滤层，并且上下敞口，限定出位于上下两侧对立的进风口和出风口。气流从进风口进入，依次穿过所述至少一个吸附层和至少一个蜂窝体层，最后从出风口流出。在这个过程中，气流中的细颗粒撞击并被吸附在吸附层的过滤网中的纤维上。这些纤维的直径通常为0.5-5μm范围内，其通过范德华力吸附气流中的细颗粒。在吸附层中，过滤网在过滤器的由边框围成的通道中可以成V型折叠，以使得表面积最大化，增加气体过滤通量并增强刚度。在吸附层后，气流流动穿过蜂窝体层的通孔。通孔上涂覆的功能性涂层(例如催化剂层)对气流中的特定物质如甲醛或者臭氧具有催化转化功能。由此，本实用新型的气体过滤器对流经过滤器的气体实现了有效的过滤和净化。特别地，本实用新型的气体过滤器为空气过滤器，如用于室内空气净化或者作为车载空气过滤器。

下文通过附图1和附图2对本实用新型的气体过滤器进行示例性阐述。其仅为描述的目的，并不以任何方式对本实用新型的范围作任何限制。

图1是本实用新型的气体过滤器的一个示意图，其中(a)为顶视图；(b)为剖面图。本实用新型的气体过滤器包含边框1和过滤层2。边框1可由任何合适的材料制成，例如金属(如铝、钢等)或合金、纸板、聚合物、陶瓷等。边框1的截面例如为正方形，其边长尺寸可例如为10-100cm。边框1也可为其他任何合适的形状和尺寸。过滤层由至少两层不同的功能层组成，其结构将在下图2中详细阐述。

图2是过滤层2的结构示意图。过滤层2由至少一个带有吸附材料的吸附层3和至少一个蜂窝体层4组成。图2中的吸附层3为无纺布过滤网，厚度可为5-100mm。在无纺布的纤维上负载有吸附物质，例如活性炭。所述活性炭以细颗粒的形式负载，颗粒尺寸为约10μm至500μm。吸附材料的填充量为50-500g/m²。吸附层3与蜂窝体层叠加形成一体化结构，通过胶粘剂(如聚氨酯胶粘剂)粘合，并施用密封胶以保证气密性。蜂窝体层4尺寸与吸附层3相当，并与边框连接。同样，通过施用密封胶以保证气密性。蜂窝体层4由铝制成，其上遍布有通孔以使气流通过。通孔具有六边形的形状，彼此紧密排列形成均匀分布的网格。通孔的壁厚可约为1-2mm，边长为0.5-3mm。在通孔的壁上负载有功能性的涂层。所述功能性的涂层具体为来自BASF公司的Formaldpure^TM，其可催化气体中甲醛转化。涂层厚度约为1-100μm。所述功能性的涂层也可包含其它催化剂或活性物质。图2的下方的两个放大图分别示出了吸附层3和蜂窝体层4的一种实际的形态，其中蜂窝体4中的紧密排列的通孔的尺寸实际上远小于上面的示意图中的通孔尺寸。

至少一个带有吸附材料的吸附层3和至少一个蜂窝体层4叠加在一起组合成过滤层2。本实用新型的气体过滤器也可包含多个过滤层2，例如2-5个、2-3个或2个。过滤层2除上述吸附层和蜂窝体层以外，还可包含其他功能层。所述吸附层可进一步包含至少一个具有抗菌和/或抗病毒功能的涂层。

本实用新型的气体过滤器通过采用上述结构，在保证过滤效果的基础上，显著降低了过滤层两侧的压力降。

实施例

本实用新型将通过下文的实施例进一步描述，但这些实施例并不旨在对本实用新型的范围进行任何限制。

在本实施例中，测量了多种过滤层在不同气体通量下的两侧的压力降的数据。

样品1为现有技术中可商购得的一种过滤器中的包含HEPA过滤网和夹有大颗粒活性炭的吸附颗粒层的过滤层。样品2-1为HEPA过滤网，厚度为20mm，其中包含厚度为10mm的无纺布支撑层。样品2-2为铝制蜂窝体，形状如图2中的部件4所示，厚度为5mm，蜂窝孔边长为1.5mm，孔壁上负载有20μm厚的Formaldpure^TM催化剂层。样品3-1和3-2为根据本实用新型的气体过滤器的过滤层。其中，样品3-1为样品2-1去除3mm的无纺布支撑层后与样品2-2的铝制蜂窝体叠加在一起得到的本实用新型的一种过滤层。样品3-2为在样品3-1的基础上，将铝制蜂窝体通孔边长降为0.7mm制得的本实用新型的另一种过滤层。使用汽车空调滤清器阻力测试台(F9122，沈阳新科精密仪器设备有限公司)在23℃±3℃的温度和50％RH±2％RH的相对湿度下测量在不同的空气气流通量下过滤器两侧的压力降，结果如下表所示。

表1-不同过滤层样品在不同空气通量下的压力降

从以上结果可以看出，本实用新型的气体过滤器相对于市售的过滤器明显降低了在各种气流通量下的压力降，这使得待过滤的气体通过过滤器的阻力更小，处理通量更大。还可以看出的是，在本实用新型的气体过滤器中，蜂窝体层中通孔的大小对于压力降也有实质影响。更小的通孔使得压力降有所升高，但其分布更致密，使得负载功能涂层的总表面积更大，对于气体的催化转化等的净化功能更强。关于这一点，需要指出的是，本实用新型的气体过滤器通过吸附层的吸附作用以及蜂窝体层中功能性涂层的净化作用，实现了对于待处理气体的有效过滤和净化。

以上描述了本实用新型的基本原理和示例性实施方案。本领域技术人员应了解到，本实用新型不受上述实施例的限制。以上描述只是为了说明本实用新型的目的。在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还可以有各种变化和改进，这些变化和改进都落入本实用新型要求保护的范围内。

Claims (12)

1.一种气体过滤器，包括边框和至少一个过滤层，其特征在于，所述过滤层包括

-至少一个含有吸附材料的吸附层，以及

-至少一个蜂窝体层，所述蜂窝体层具有多个通孔，并且在通孔的孔壁上负载有功能性的涂层。

2.根据权利要求1所述的气体过滤器，其特征在于，所述吸附层为带有吸附材料的无纺布过滤网，或者无吸附材料的无纺布过滤网与带有吸附材料的聚合物层的组合。

3.根据权利要求1或2所述的气体过滤器，其特征在于，所述吸附层的厚度为5-100mm。

4.根据权利要求1或2所述的气体过滤器，其特征在于，所述吸附材料的填充量为50-500g/m²。

5.根据权利要求1或2所述的气体过滤器，其特征在于，所述蜂窝体的厚度为3-30mm。

6.根据权利要求1或2所述的气体过滤器，其特征在于，所述蜂窝体的通孔的平均直径为0.5-10mm。

7.根据权利要求1或2所述的气体过滤器，其特征在于，所述功能性涂层的厚度为1-100μm。

8.根据权利要求1或2所述的气体过滤器，其特征在于，所述功能性涂层由粉状颗粒涂覆形成，颗粒的平均粒径为1-100μm。

9.根据权利要求1或2所述的气体过滤器，其特征在于，所述蜂窝体为方形，其通孔为六边形、方形、三角形或者圆形。

10.根据权利要求1或2所述的气体过滤器，其特征在于，所述功能性涂层为催化醛类转化的催化剂层，和/或催化臭氧转化的催化剂层。

11.根据权利要求1或2所述的气体过滤器，其特征在于，所述吸附层进一步包含至少一个具有抗菌和/或抗病毒功能的涂层。

12.根据权利要求1或2所述的气体过滤器，其特征在于，所述吸附层和蜂窝体层叠加形成一体化结构。

Images